自适应红外双波段被动测距方法与流程

技术特征：

1.一种自适应红外双波段被动测距方法，其特征在于，包括有如下步骤：

(1)根据实际需求，对被测目标所处方位和类型进行初步评估；

(2)利用相应辅助系统获得探测系统在距离解算时所需的大气温度和湿度参数；

(3)建立基于红外双波段的被动测距模型；

3a)根据步骤(1)中得到的被测目标类型和空间位置，将被测目标等效为不同温度的黑体，利用普朗克定律分别计算出不同温度的黑体在0.76～3μm的短波窗口中产生的光谱辐出度M_S(λ)、在3～5μm的中波窗口中产生的光谱辐出度M_M(λ)和8～12μm的长波窗口中产生的光谱辐出度M_L(λ)，其中λ为波长；

3b)利用步骤(2)中获得的气象参数，计算在该气象条件下的消光系数μ(λ)，并根据朗-伯比尔吸收定律计算出不同传输距离r下相应工作波段内各波长下的大气透过率τ(λ,r)＝e^-μ(λ)r；

3c)结合步骤3a)和3b)得到的光谱辐出度和大气透过率，分别计算出黑体在短波、中波和长波三个大气窗口内不同温度黑体和传输距离条件下的多组辐照度I_S、I_M和I_L，其中I_S是短波辐照度，I_M是中波辐照度，I_L是长波辐照度；

3d)初始化双波段被动测距的第一工作波段数据阵I₁、第二工作波段数据阵I₂以及传输距离数据阵R，这三个数据阵的维度与步骤3c)中计算出的辐照度组数相等；

3e)比较步骤3c)中得到的每一组辐照度I_S、I_M和I_L，剔除辐照度最小的数据项，将剩下的两个数据项中较大的数据项放入双波段被动测距的第一工作波段数据阵I₁中，将较小的数据项放入第二工作波段数据阵I₂中，再将与每组辐照度对应下的传输距离r放入传输距离数据阵R中；

3f)定义传输距离数据阵R与两个工作波段数据阵I₁、I₂的函数关系为：R＝f(I₁,I₂)，建立传输距离与两个工作波段内辐照度的函数关系式为：

$R=p_1+p_2{I}_1+p_3\frac{I_2}{\sqrt{R}}+p_4{I}_1^2+p_5\frac{I_1{I}_2}{\sqrt{R}}+p_6\frac{I_2^2}{R}+p_7\sqrt{R}+p_8{R}^{2/3}+p_9{I}_2$

式中，p₁,p₂,…,p₉为各项系数，其数值取决于当地实际气象条件，由传输距离数据阵内的传输距离和两个工作波段数据阵内的辐照度通过线性回归方法求得；

(4)利用红外探系统对被测目标进行实时测量，将被测目标在短波窗口内产生的实际辐照度中波窗口内产生的实际辐照度以及长波窗口内产生的辐照度进行比较，选择数值较大的两组辐照度代入测距函数关系式，计算出被测目标的距离。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)根据实际需求，对被测目标所处方位和类型进行初步评估，包括有如下步骤：

1a)根据实际情况，判断被测目标所处方位；

1b)利用红外探测系统对被测目标做一次测量，比较被测目标在短波、中波和长波三个窗口内的光谱辐照度，如果长波窗口内的辐照度大于短波窗口内的辐照度，则认为被测目标为常温或低温目标，否则，认为是高温目标。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3a)中将被测目标等效为不同温度的黑体，按如下规则进行：

当被测目标类型为空中高温目标时，根据被测目标的辐射能量主要集中在短波和中波窗口的特性，将被测目标等效为600K以上的黑体；

当被测目标类型为地面或低空常温目标时，根据被测目标的辐射能量主要集中在中波和长波窗口的特性，将被测目标等效为300K左右的黑体。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3b)中计算在该气象条件下的消光系数μ(λ)，按如下公式进行：

μ(λ)＝α(λ)+γ(λ)

式中，α(λ)为吸收系数，采用表格法进行求解，表格数据可在被动测距建模前给出；γ(λ)为散射系数，其计算表达式为

${\mathrm{\γ}}_s\left(\mathrm{\λ}\right)=\frac{3.91}{V}{\left(\frac{{\mathrm{\λ}}_0}{\mathrm{\λ}}\right)}^q$

式中，V是气象视程，λ₀＝0.55μm，q根据气象视程取值：V>80km时q＝1.6，6<V<80km时q＝1.3，V<6km时q＝0.585V^1/3，气象视程V可以通过指定波长λ₀＝0.55μm的大气透过率来计算，其表达式为：

$V=-\frac{3.91r}{{\mathrm{ln\&tau;}}_s({\mathrm{\&lambda;}}_0,r)}$

式中，r为传输距离，τ_s(λ₀,r)为指定波长λ₀＝0.55μm处的散射透过率，在被动测距建模前给出。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3c)中分别计算出黑体在短波、中波和长波三个大气窗口内不同温度黑体和传输距离条件下的多组辐照度I_S、I_M和I_L，按如下公式进行：

$\left\{\begin{array}{c}{I}_S={\&Integral;}_{0.76}^3\mathrm{\&tau;}(\mathrm{\&lambda;},r)\&CenterDot;M_S\left(\mathrm{\&lambda;}\right)d\mathrm{\&lambda;}\\ I_M={\&Integral;}_3^5\mathrm{\&tau;}(\mathrm{\&lambda;},r)\&CenterDot;M_M\left(\mathrm{\&lambda;}\right)d\mathrm{\&lambda;}\\ I_L={\&Integral;}_8^{12}\mathrm{\&tau;}(\mathrm{\&lambda;},r)\&CenterDot;M_L\left(\mathrm{\&lambda;}\right)d\mathrm{\&lambda;}\end{array}\right.$

式中，M_S(λ)为黑体在在短波窗口的光谱辐出度，M_M(λ)为黑体在在中波窗口的光谱辐出度，M_L(λ)为黑体在在长波窗口的光谱辐出度，r为传输距离，τ(λ,r)为不同传输距离r下相应工作波段内各波长下的大气透过率。